論文の概要: Exploring Domain Wall Pinning in Ferroelectrics via Automated High Throughput AFM
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.24062v1
- Date: Thu, 29 May 2025 23:11:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-02 19:47:52.696985
- Title: Exploring Domain Wall Pinning in Ferroelectrics via Automated High Throughput AFM
- Title（参考訳）: 高出力AFMによる強誘電体の磁壁ピンニングの探索
- Authors: Kamyar Barakati, Yu Liu, Hiroshi Funakubo, Sergei V. Kalinin,
- Abstract要約: 強誘電体材料のドメインウォールダイナミクスは、各極界面がユニークな局所構造にロックされているため、強く位置依存している。
そこで, 立方体KTaO$_3$上の大面積Pbelastic$_3$膜を解析し, 極歪領域構造の電場駆動動力学を定量化した。
1500回のスイッチングイベントの解析により,領域壁の変位はフィールドパラメータだけでなく,局所強誘電体-強誘電体構成にも依存することが明らかになった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.118276252661749
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Domain-wall dynamics in ferroelectric materials are strongly position-dependent since each polar interface is locked into a unique local microstructure. This necessitates spatially resolved studies of the wall-pinning using scanning-probe microscopy techniques. The pinning centers and preexisting domain walls are usually sparse within image plane, precluding the use of dense hyperspectral imaging modes and requiring time-consuming human experimentation. Here, a large area epitaxial PbTiO$_3$ film on cubic KTaO$_3$ were investigated to quantify the electric field driven dynamics of the polar-strain domain structures using ML-controlled automated Piezoresponse Force Microscopy. Analysis of 1500 switching events reveals that domain wall displacement depends not only on field parameters but also on the local ferroelectric-ferroelastic configuration. For example, twin boundaries in polydomains regions like a$_1^-$/$c^+$ $\parallel$ a$_2^-$/$c^-$ stay pinned up to a certain level of bias magnitude and change only marginally as the bias increases from 20V to 30V, whereas single variant boundaries like a$_2^+$/$c^+$ $\parallel$ a$_2^-$/$c^-$ stack are already activated at 20V. These statistics on the possible ferroelectric and ferroelastic wall orientations, together with the automated, high-throughput AFM workflow, can be distilled into a predictive map that links domain configurations to pulse parameters. This microstructure-specific rule set forms the foundation for designing ferroelectric memories.
- Abstract（参考訳）: 強誘電体材料のドメインウォールダイナミクスは、各極界面がユニークな局所構造にロックされているため、強く位置依存している。
これは走査プローブ顕微鏡技術を用いて壁のピンニングを空間的に解明した研究を必要とする。
ピンニングセンターと既存のドメインウォールは、高密度のハイパースペクトルイメージングモードを使用し、人間の実験に時間を要するため、画像平面内ではスパースであるのが普通である。
そこで,立方体KTaO$_3$上の大面積エピタキシャルPbTiO$_3$膜を解析し,ML制御された自動圧電力顕微鏡を用いて極歪領域構造の電場駆動ダイナミクスを定量化した。
1500回のスイッチングイベントの解析により, 領域壁の変位はフィールドパラメータだけでなく, 局所強誘電体-強弾性構造にも依存することがわかった。
例えば、a$_1^-$/$c^+$$\parallel$ a$_2^-$/$c^-$ stay のような多ドメイン領域における双対境界は、偏差が20Vから30Vに増加するにつれて、一定の偏差のレベルまでピン留めされ、わずかにしか変化しないが、a$_2^+$/$c^+$$\parallel$ a$_2^-$/$c^-$ stack のような単変境界は、既に20Vで活性化されている。
これらの強誘電性および強弾性壁配向に関する統計は、自動化された高スループットAFMワークフローとともに、領域構成をパルスパラメータにリンクする予測写像に蒸留することができる。
この微細構造固有の規則セットは強誘電体記憶の設計の基礎となる。
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